Возможности утилизации свалочного газа на полигоне г. Иркутска

Коптева Н. В., Пушная А. А., Уланова О. В., Иркутский государственный технический университет, Иркутск, Россия

Один из важных возобновляемых источников энергии — свалочный газ (СГ), образующийся на полигонах ТБО в результате анаэробной ферментации органических веществ различного происхождения. Его основные компоненты: метан (около 55 %) и диоксид углерода (приблизительно 45 %). Суммарное количество азота, кислорода, водорода составляет примерно 1 %. В качестве микропримесей в состав СГ могут входить десятки различных органических соединений.

Лидирует по добыче СГ Германия. Согласно данным Немецкой биогазовой ассоциации, в 2007 г. действовало приблизительно 4 тыс. биогазовых установок (половина работающих в мире), три из шести крупнейших европейских компаний этой отрасли немецкие: Strabag Umweltanlagen GmbH, Schmack Biogas AG, Biotechnische Abfallverwertung (280 заводов с объемом производства 3,7 млн т/год). По прогнозам, к 2020 г. в Германии будет функционировать 20 тыс. установок. Основные практически реализованные способы обращения с СГ:

— сжигание для производства энергии;

— обогащение и использование как топлива в газопоршневых и газотурбинных установках для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии;

— факельное сжигание для устранения неприятных запахов и снижения пожароопасности на полигонах ТБО;

— использование в качестве топлива для газовых двигателей с получением электрической и тепловой энергии;

— обогащение (повышение содержания метана до 94—95 %) и использование в газовых сетях общего назначения.

Один из факторов, определяющих успех реализации проекта по созданию системы сбора и утилизации СГ, — предварительная оценка потенциала газообразования. Авторы проделали такую работу для Маратовского полигона ТБО г. Иркутска, который функционирует с 1963 г. и является санкционированным объектом захоронения муниципальных отходов. Он расположен на 7 км Александровского тракта, занимает площадь 41,8767 га. Большая ее часть подлежит рекультивации. Резерв обеспечит не более 5—6 лет работы.

За 8 лет наблюдается значительное (более чем в 2,6 раза) увеличение годового потока ТБО, поступающих на полигон: с 909,9 тыс. м³ в 2000 г. до 2 373,6 тыс. м³ в 2008 г. (рис. 1).

Рис. 1. Объемы ТБО, поступивших на полигон г. Иркутска в 2000—2008 гг.

В рамках научно-исследовательской работы «Комплексная схема санитарной очистки г. Иркутска» изучен морфологический состав ТБО (рис. 2).

Рис. 2. Исследование морфологического состава ТБО на полигоне г. Иркутска

Результаты исследования представлены на рис. 3.

Рис. 3. Усредненный морфологический состав ТБО на полигоне г. Иркутска (сентябрь 2007 г.)

Установлено, что 61,27 % от общей массы ТБО являются источниками образования биогаза.

Наиболее широко применяют модель проф. Табазарана (Университет Штутгарта, Германия), прослеживающая динамику образования СГ с начала эксплуатации полигона:

где G_t — количество выделившегося газа за время t с момента захоронення отходов, м³; G₁ — потенциал генерации метана; С₀ — содержание органического углерода; T — температура в толще полигона; k — константа разложения.

Модель учитывает наиболее важные факторы, влияющие на процесс деструкции отходов.

— количество органического вещества в отходах составляет 200 кг/т при объемном содержании ТБО 80 %;

— константа разложения органических соединений k = 0,04.

После закрытия полигона, запланированного на 2018 г., СГ будет образовываться в течение многих лет. В связи с этим возникает необходимость строительства системы сбора и утилизации СГ, которая будет эксплуатироваться до 2043 г.

Выполнены эколого-экономические расчеты по проведению инженерных мероприятий, направленных на уменьшение негативного воздействия полигона ТБО на окружающую природную среду. В результате внедрения предложенных технических решений предотвращенный экологический ущерб составит 31 млн руб.